WO2004055922A2 - Method for the production of organic field effect transistors with a top contact architecture made of conductive polymers - Google Patents

Method for the production of organic field effect transistors with a top contact architecture made of conductive polymers Download PDF

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WO2004055922A2
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organic semiconductor
suspension
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organic
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Marcus Halik
Hagen Klauk
Ute Zschieschang
Günter Schmid
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Infineon Technologies Ag
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    • H10K85/622Polycyclic condensed aromatic hydrocarbons, e.g. anthracene containing four rings, e.g. pyrene

Definitions

  • the invention relates to a method for producing layers from a layer material on organic semiconductor layers.
  • conductive organic polymers offer themselves in the long term as an inexpensive alternative to the inorganic semiconductor materials previously used.
  • Microelectronic components, such as transistors, based on organic semiconductors, for example, can be built up in relatively simple layers on a substrate using suitable printing techniques. The production of electronic circuits based on organic materials should therefore be able to be carried out in significantly shorter periods of time than with the inorganic analogs.
  • the first components based on organic semiconductors have already been successfully tested. However, there are still a number of problems to be solved before they can be introduced on an industrial scale.
  • the task remains to structure the organic semiconductor in accordance with the circuit logic to be achieved and to provide an electrical to produce a organic connection to the organic semiconductor path by the deposition of suitable contacts.
  • the layer which in this case can be constructed from a polymer, for example, is only to be structured after the deposition, suitable photoactive components can be added to the polymer, for example, and a formulation of the polymer with photoactive properties can be produced in this way. Selective exposure can then be used to specifically change the solubility of the polymer in a developer, for example. Areas of the layer that are not required for the production of the microelectronic component can then be removed with a suitable solvent.
  • a photoresist layer can also be applied to the layer to be structured, which layer is first exposed selectively using a photomask in order to prepare a structuring. After the development of the photoresist layer, a mask is obtained through which portions of the layer to be structured, which are to be removed, are exposed. In a subsequent etching step, in most cases a plasma process, the exposed sections of the layer can then be removed. Finally, the photo mask is removed, for example with a suitable solvent.
  • mechanical methods for structuring layers can also be used.
  • the screen printing process offers the possibility of applying a structured lacquer layer on a layer to be structured. Analogous to the optical methods, this method also requires a structure transfer process to the layer arranged under the lacquer layer in an etching process and the subsequent removal of the lacquer.
  • the structure resolution that can be achieved with the screen printing method is only about 200 ⁇ m and can therefore only be used for the production of relatively coarse structures. It is therefore sufficient for imaging large-area electrodes and conductor tracks, but must be replaced by higher-resolution processes for finer structures, such as highly integrated circuits.
  • Inkjet printing is also a mechanical process for creating defined structures.
  • the material forming the layer is sprayed onto the substrate surface as a solution in the form of small droplets.
  • the material to be applied either itself has a printable quality or is appropriately prepared by adding suitable solvents and additives.
  • the additives and solvents should evaporate quickly after application to prevent the layer structure from converging.
  • a microelectronic component based on organic materials is built up in layers.
  • a certain material is deposited as a layer and structured simultaneously with the deposition or in a later step. It is necessary that the layers arranged underneath this structure are separated by the deposition and material are not adversely affected. For example, a layer made of an organic semiconductor material must not lose its electrical properties due to the processing.
  • Organic semiconductors can be used, for example, in field effect transistors or electronic components, the functioning of which is based on a field effect.
  • the injection or extraction of charge carriers into or from the organic semiconductor layer takes place via a contact area which is formed between the organic semiconductor layer and a contact.
  • Both metals and organic conductive polymers can be used as the material for the contacts.
  • pentazene, tetrazene, ⁇ -oligothiophenes or polymeric semiconductors such as poly-3-hexylthiophene and F8T2 can be used as organic semiconductor materials.
  • the main difference between the two architectures is the order in which the organic semiconductor or the source / drain contacts are applied.
  • the source and drain electrodes are first deposited on the gate dielectric by means of photolithography, printing technology or vapor deposition methods, and the sensitive semiconductor is only applied in the last step.
  • the organic semiconductor layer can therefore no longer be destroyed by subsequent process steps.
  • the source or drain contacts are arranged on the layer of the organic semiconductor.
  • This has the advantage that, with this arrangement, more charge carriers can be injected into the semiconductor, since the contact area between the contact and the organic semiconductor is relatively large.
  • This achieves a high level of electronic efficiency, i.e. the response and switching times of the transistor can be shortened and thus the performance of the electronic component can be increased.
  • the manufacture of such a transistor presents difficulties because the electrodes have to be represented on the organic semiconductor layer without influencing the electrical properties of the semiconductor.
  • the object of the invention is therefore to provide a method for the deposition of layer materials on organic semiconductor layers which enables the production of electronic components which have a high performance.
  • an aqueous solvent is used in order to apply any layer material per se to the organic semiconductor layer.
  • the organic semiconductor layer has pronounced hydrophobic properties. This high hydrophobicity means that polar foreign molecules such as dopands, water molecules etc. cannot penetrate into the molecular structure of the organic semiconductor layer.
  • the method according to the invention thus uses the opposing interface properties of organic semiconductor layer and the solution or suspension to be applied thereon. Penetration of solvent molecules or other compounds is effectively suppressed. Therefore, irreversible structural changes in the ordered molecular structure are avoided during the processing of the layer material, so that no loss of the semiconductor properties is to be feared.
  • the layer material can in itself be chosen as long as it can be used to produce a solution or a suspension in the aqueous solvent.
  • a layer ateric For example, an organic polymer or an electrically conductive organic compound or a precursor of such a compound can be used.
  • metals can also be applied to the organic semiconductor layer using this method, for example.
  • the metals must be in a form that can be suspended in the aqueous solvent, for example as a sol or in the form of a suspension of nanoparticles made of metals.
  • Certain carbon modifications, for example fullerenes can also be applied as a suspension to the organic semiconductor layer.
  • the method according to the invention can now be used to apply layers of any desired layer materials to organic semiconductor layers, so that the possibilities of representing electronic components on the basis of organic semiconductors are considerably expanded.
  • the contact areas between the organic semiconductor layer and the deposited layer material, by means of which charge carriers are injected or extracted into or from the organic semiconductor layer, can be significantly increased, which enables the production of more powerful microelectronic components
  • An essential feature of the method according to the invention is the use of an aqueous solvent, through which the penetration of impurities into the organic semiconductor layer and thus the destruction of their ordered structures can be effectively avoided.
  • the aqueous solvent can also comprise other solvents, for example alcohols.
  • organic solvents lead to a loss of the semiconductor properties of the organic layer. Alcohols already significantly deteriorate the semiconductor properties of the organic semiconductor layer.
  • the proportion of such solvents in the aqueous solvent is therefore preferably kept as low as possible and should not exceed 5% if possible.
  • Pure water is particularly preferably used as the aqueous solvent, since it is strongly polar on the one hand, has a high surface tension and on the other hand can be completely evaporated under mild conditions, for example under reduced pressure.
  • the layer made of the layer material has a structure, for example the structure of a contact or, more generally, the layer made of the layer material forms raised portions on the organic semiconductor layer.
  • the solution or suspension of the layer made of the layer material has a structure, for example the structure of a contact or, more generally, the layer made of the layer material forms raised portions on the organic semiconductor layer.
  • Layer material applied in sections to the organic semiconductor layer After the aqueous solvent, in particular water, has evaporated, the layer material then remains as a raised section on the surface of the organic semiconductor layer.
  • the solution or the suspension of the layer material is applied to the organic semiconductor layer by a printing technique.
  • This method is particularly suitable for the production of large quantities of microelectronic circuits, with lower demands being placed on the resolution of the structures.
  • This embodiment is therefore particularly suitable for applications which are under high cost pressure.
  • the printing technique used for the application is not subject to any particular restrictions. High-volume printing techniques such as flexographic printing are particularly suitable. or offset printing, which allow inexpensive production of simple electronic components with large numbers.
  • the procedure is therefore preferably such that a mask with raised sections and trenches arranged between the raised sections is applied to the organic semiconductor layer and the solution or suspension of the layer material is filled into the trenches.
  • a negative mask of the structure to be produced is thus produced in a first step.
  • these negative structures are filled with a solution or suspension of the layer material, preferably an aqueous formulation of the layer material.
  • the hydrophobic character of the organic semiconductor layer prevents the hydrophilic formulation from penetrating. Excess formulation can be removed by doctoring from the raised areas of the negative mask.
  • the sections loaded with the formulation can thus be isolated from one another. It is then dried to remove the aqueous solvent.
  • Loading the mask with the solution or the suspension of the layer connection, in particular an electrically conductive polymer is carried out by means of customary techniques, such as spin-dip or spray coating. These processes allow the polymer solution to be applied quickly and over a large area while at the same time ensuring high homogeneity. It also acts these techniques are sophisticated processes. Appropriate systems are already available.
  • the mask can be produced, for example, by a printing technique, using a suitable organic polymer as layer material, which is dissolved or suspended in an aqueous solvent. The solvent is then removed and the structure obtained is hardened if necessary. Then, as described above, a solution or suspension of a further layer material, preferably an electrically conductive layer material, is filled into the trenches obtained.
  • a solution or suspension of a further layer material preferably an electrically conductive layer material, is filled into the trenches obtained.
  • the method according to the invention is used both for the production of the mask and for the production of the conductive structures. This shows the universal applicability of the method according to the invention in the production of structures on organic semiconductor layers.
  • the resolution in a printing process is approximately 50 ⁇ m and is therefore of particular interest for applications in which it is important to produce large quantities with a limited integration density of the electronic circuits produced.
  • the procedure is preferably that the mask is produced by depositing a solution or suspension of a polymer in an aqueous solvent on the layer of the organic semiconductor material, and the aqueous solvent is evaporated so that a polymer film is obtained, the polymer is converted into an insoluble form at least in sections, and soluble sections of the polymer film are detached with an aqueous solvent.
  • water is preferably used as the aqueous solvent.
  • this is preferably crosslinked with a suitable crosslinking agent.
  • the polymer film is processed using a photolithographic technique in order to produce soluble and insoluble sections.
  • a photolithographic technique in order to produce soluble and insoluble sections.
  • the exposure techniques required for this are known, for example, from the processing of silicon-based semiconductor chips.
  • the procedure is such that the polymer film is photoactive and the insoluble sections of the polymer film are obtained by exposing the polymer film in sections.
  • Polymer film converted into an insoluble form since the exposure causes the polymer to crosslink.
  • the photoresist is preferably applied to the organic semiconductor layer as an aqueous solution or suspension.
  • This embodiment of the method according to the invention is a simple method with a sophisticated, practice-proven lithography step of high resolution, as a result of which structures below 10 ⁇ are accessible.
  • An electrically conductive organic compound is chosen as the layer material for the production of contacts. In this way, the method according to the invention enables the simple production of top contacts on organic
  • Suitable electrically conductive organic compounds are known to the person skilled in the art and can also be obtained from commercial suppliers.
  • An exemplary ⁇ connection is Baytron P ® , which can be obtained from Bayer AG, DE.
  • the drying of the solution or the suspension of the layered compound is carried out at a temperature below 80 ° C. At a higher temperature there is a risk of a thermal change in the electrically conductive organic compound and thus a loss of the semiconductor properties.
  • a drying temperature of 60 ° C. is particularly preferred. On the one hand, this temperature is high enough to achieve a significant reduction in the drying time and, on the other hand, it is sufficiently low to largely preclude thermal decomposition of the sensitive organic materials.
  • the drying step is carried out under reduced pressure.
  • the reduced pressure is advantageously in a range from 100 to 500 bar. On the one hand, this range is high enough to be reached by inexpensive and commercially available vacuum devices, and on the other hand it is sufficiently low to achieve a significant reduction in the required drying temperature or reduction in drying time.
  • the organic semiconductor layer can be constructed from any organic semiconductor material.
  • the organic semiconductor layer is particularly preferably composed of a semiconductor which is selected from the group consisting of pentazene, tetrazene and ⁇ -oligothiophene.
  • the method according to the invention is particularly suitable for the production of top electrodes of organic field effect transistors.
  • a gate electrode is deposited on a substrate, the gate electrode is insulated with a layer of a gate dielectric, an organic semiconductor layer is deposited on the layer of the gate dielectric, and a source electrode and a drain electrode are deposited on the layer of the with an aqueous solution or suspension of an electrically conductive layer material organic semiconductor deposited.
  • a mask is produced on the layer of the organic semiconductor with an aqueous solution or suspension of a polymer, which mask has recesses corresponding to a drain and a source electrode, in which the layer of organic semiconductor is exposed, the recesses of the mask are filled with an aqueous solution or suspension of an electrically conductive layer material, and the water is evaporated, so that a source and a drain electrode are obtained.
  • the method according to the invention can be carried out at low temperatures.
  • Flexible temperature sensitive substrates can therefore be used.
  • Inexpensive, flexible polymer foils based on polyethylene naphthalate, polyethylene terephthalate, polyethylene, polypropylene, polystyrene, epoxy resins, polyimides, polybenzoxazoles, polyethers or their electrically conductive coated variants, as well as flexible metal foils, glass, quartz, or electrically conductive, are preferably used as the substrate coated glasses.
  • gate dielectric such as silicon dioxide or aluminum oxide
  • organic poly such as polyacrylates, polyphthalene, polyethylene or polystyrene and polyvinylphenol.
  • Printing process can also be used to define a gate layer, which reduces the unit cost for two layers per component, since it is the same process step.
  • the method according to the invention provides a simple, extremely inexpensive method for the structured application of preferably electrically conductive polymer directly to organic semiconductor layers.
  • organic field-effect transistors with top-contact architecture can be realized in high resolution that were previously not accessible.
  • the top contact architecture enables the production of integrated circuits with a higher performance, such as those required for use in RF-ID applications.
  • the main advantages of the method are the following points.
  • the process can be transferred to high-volume processes, for example to a printing process, so that in this case no lithography step is necessary.
  • the resolution in a printing process is approximately 50 ⁇ m and is therefore of particular interest for applications in which it is important to produce large quantities with a limited integration density of the electronic circuits produced.
  • the process is a low temperature process and is therefore suitable for flexible temperature sensitive substrates.
  • Another advantage of the method lies in the fact that the contact structures can also be produced without the use of traditional, cost-intensive and technologically complex photolithographic processes.
  • Figure 1 is a schematic representation of individual steps that are carried out in the execution of the inventive method for producing an organic field effect transistor with top contact architecture.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of an organic field effect transistor, with bottom contact architecture, shown in FIG. 2A, with top contact architecture, shown in FIG. 2B;
  • Fig. 4 is a graph in which electrical characteristics of an organic field effect transistor with top contact architecture based on pentacene are shown.
  • gate electrode 3 is defined on a substrate 4, for example a polymer film.
  • the gate electrode 3 can be made of aluminum, for example, and can be applied to the substrate 4 by a printing technique.
  • the gate electrode 3 is then covered with a layer of a dielectric 2 and thus insulated.
  • a suitable organic polymer can be used as the dielectric.
  • an organic semiconductor layer 1 is deposited on the dielectric 2.
  • the semiconductor layer can consist, for example, of pentazene, which is deposited by sublimation. The structure shown in Fig. 1A is obtained.
  • the organic semiconductor layer 1 is coated uniformly with a photoresist 5.
  • the photoresist is used as an aqueous solution or suspension. This solution or suspension can be applied as a thin layer using conventional methods, for example by spinning or spraying.
  • the structure shown in FIG. 1B is then briefly heated, for example to a temperature of 60 ° C., in order to evaporate the water and to obtain a uniform film of the photoresist.
  • the photoresist 5 is now exposed, as shown in FIG. IC, by means of a structured mask 6, so that exposed photoresist regions 7 and unexposed photoresist regions 8 are obtained, the arrangement of which corresponds to a negative image of the structure to be produced.
  • the exposed photoresist regions 8 are photochemically crosslinked by the exposure and are therefore insoluble in a developer solution.
  • the solution or suspension 9 can be sprayed on, for example.
  • the solution or suspension 9 can be used in excess, so that the photoresist regions 7 are also covered on their upper side.
  • the excess portions 10 of the polymer solution are then, as shown in FIG. 1F, removed with the aid of a doctor device 20, so that only the portions 11 of the polymer solution remain between the exposed photoresist regions 7, which later form the conductive structures.
  • the water is removed from the portions 11 of the polymer solution remaining in the trenches of the negative mask in a drying step, whereby, as shown in FIG. IG, the final electrically conductive structure 12 is obtained, which forms the drain and the source contact of the transistor ,
  • FIG. 2 shows a schematic comparison of the structure and mode of operation of various organic field effect transistors.
  • the source contact 15 and drain contact 14 are located below the organic semiconductor layer 13.
  • a layer of a dielectric 18 is arranged on a gate electrode 19, by means of which the gate electrode is electrically insulated.
  • Source and drain contacts 15, 14, which are electrically insulated from one another, are arranged on the layer of the dielectric 18.
  • Source and drain contacts 15, 14 and the regions of the dielectric 18 that are exposed between the source and drain contacts 15, 14 are covered by a layer of an organic semiconductor 13.
  • a conduction channel 16 is formed in the organic semiconductor layer between the source and drain contacts 15, 14, through which charge carriers 17 can flow when a voltage is applied between the source and drain contacts 15, 14.
  • the contact area between the source or drain contact 15, 14 and the organic semiconductor layer 13, through which charge carriers are injected from the source contact 15 into the line channel 16 or from the line channel 16 into the Drain contact 14 can be extracted, is formed only slightly, which is why only comparatively small currents can flow through the conduit 16.
  • a layer of a dielectric 18 is initially arranged on the gate electrode 19 again, by means of which the gate electrode 19 is electrically insulated.
  • the organic semiconductor layer 13 is now arranged directly on the layer of the dielectric 18.
  • source and drain contacts 15, 14 are arranged on the organic semiconductor layer 13, electrically insulated from one another.
  • Substantially larger areas of the organic semiconductor layer 13 are now detected by the field of the gate electrode 19, so that a very wide conduction channel 16 is formed within the organic semiconductor layer 13 between the source and drain contacts 15, 14.
  • a large contact area can form between the source / drain contacts 15, 16 and the organic semiconductor layer 13, through which charge carriers 17 can enter or exit the conduit 16. This passage area is significantly increased in comparison to the bottom contact architecture, see FIG. 2A. As a result, a larger number of charge carriers 17 pass through the line channel, i.e. a larger current flows.
  • a PVA solution prepared according to Example 1 2 ml of a PVA solution prepared according to Example 1 are applied with a pipette to a semiconductor layer which consists of pentazen, tetrazene or oligothiophene and which has been vapor-deposited on a substrate composed of carrier substrate, gate electrode and gate dielectric and has a layer thickness of 20-100 nm and spun on a spin coater at a speed between 1000 and 5000 revolutions per minute for a period of 30 s. The solution is then dried in air for 2 to 5 minutes.
  • the substrate prepared in this way is clamped in an imagesetter and adjusted with a brightfield hard mask, on which the corresponding structures of the source / drain layer are mapped, and between 15 and 45 depending on the layer thickness of the PVA layer s exposed to a dose of 7 mW / cm 2 .
  • the sample is developed with deionized water and washed thoroughly. Finally, drying takes place with the help of a spin dryer.
  • a PVA solution prepared according to Example 1 is deposited on a semiconductor layer produced according to Example 2 with the aid of a computer-controlled microdispenser. The solution is then dried for about 5 minutes and flood-exposed with a UV lamp for 40 s.
  • the sample is freed of any excess polymer solution using a silicone doctor blade.
  • the sample is then grooves dried in a vacuum drying cabinet at a temperature of 50 ° C and a pressure of 100 - 400 mbar.
  • Polymers eg Baytron P ®
  • a spin coater at a speed between 1000 and 3000 revolutions per minute for a period of 30 s.
  • Protruding polymer solution is removed from the sample using a silicone squeegee.
  • the sample is then dried for 20 minutes in a vacuum drying cabinet at a temperature of 50 ° C and a pressure of 100 - 400 mbar.
  • a Baytron P solution is deposited on a sample prepared according to Example 3 with the aid of a computer-controlled microdispenser.
  • the deposition takes place in the spaces between the negative structures, the negative structures preventing the Baytron drops from converging and thus maintaining sharp structures. In this case, scraping off the sample is not necessary, since a defined volume can be deposited via the computer-controlled microdispenser.
  • the sample is then dried for 20 minutes in a vacuum drying cabinet at a temperature of 50 ° C and a pressure of 100 - 400 mbar.
  • Example 7 Electrical characteristics of an organic field effect transistor with top contact architecture
  • FIG. 4 shows the typical electrical characteristics of an organic field effect transistor with top contact architecture based on pentacene.
  • the charge carrier mobility was 2.3 cm 2 / Vs, the on / off ratio 10 5 and the threshold voltage -3 V.
  • FIG. 4A shows the family of output characteristics of an organic field effect transistor with top contact architecture.
  • Four characteristic curves are plotted, ie the dependency of the current strength at the drain contact (drain current, in ⁇ A) against the applied voltage between drain and source contact (drain-source voltage, in V) on the drain-source voltage.
  • Share parameter is the voltage applied between the gate and source electrode (gate-source voltage) with values of -5 V, -10 V, -15 V and -20 V.
  • drain-source voltage A clear increase in the drain current with increasing drain-source voltage can be seen. This dependency increases with increasing gate-source voltage.
  • the driving force for charge carrier transport is the potential difference, i.e. the drain-source voltage. With increasing driving force, ie with increasing drain-source voltage, the drain current strength increases as expected. In contrast, the number of charge carriers available for the current flow depends on the applied gate-source voltage. The higher the gate-source voltage, the fewer charge carriers are available and vice versa. against this background, the increasingly clear dependence between drain current and drain-source voltage can be explained with increasing gate-source voltage.
  • Gate-source voltage shown at a drain-source voltage of -20 V The decrease in the drain current is clear at increasing gate-source voltage. If the root of the drain current value is plotted against the gate-source voltage, the linear dependency required by the theory is obtained in particular at very low gate-source voltage values.

Abstract

The use of an aqueous solution containing a conductive polymer enables organic field effect transistors to be produced on the basis of opposing interface surfaces of a hydrophilic polymer solution and hydrophobic organic conductors, whereby said field effect transistors have a top contact architecture and the electric properties of the organic semiconductor are fully preserved.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren zur Herstellung von organischen Feldeffekttransistoren mit Top-Kontakt-Architektur aus leitfähigen PolymerenProcess for the production of organic field effect transistors with top contact architecture from conductive polymers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Schichten aus einem Schichtmaterial auf organischen Halbleiterschichten.The invention relates to a method for producing layers from a layer material on organic semiconductor layers.
In der he ömmlichen Halbleitertechnologie auf der Basis anorganischer Halbleiter wird im Allgemeinen eine Zeitspanne von mehreren Wochen benötigt, um aus einem Siliziumwafer entsprechende Mikrochips herzustellen. Diese verhältnismäßig langen Zeiträume haben ihre Ursache in der Vielzahl von zum Teil recht aufwändigen Produktionsschritten, welche unterschiedlichste Verfahren, wie Fotolithografie oder Abschei- dungs- sowie Ätzprozesse beinhalten, die bei der Herstellung des Mikrochips durchlaufen werden.In the conventional semiconductor technology based on inorganic semiconductors, a period of several weeks is generally required in order to produce corresponding microchips from a silicon wafer. These relatively long periods of time are due to the large number of production steps, some of which are quite complex, and which include a wide variety of processes, such as photolithography or deposition and etching processes, which are carried out during the manufacture of the microchip.
Für bestimmte Anwendungen bieten sich leitfähige organische Polymere langfristig als eine kostengünstige Alternative zu den bislang verwendeten anorganischen Halbleitermaterialien an. Mikroelektronische Bauelemente, wie Transistoren, auf der Basis organischer Halbleiter lassen sich beispielsweise durch geeignete Drucktechniken relativ unkompliziert schichtweise auf einem Substrat aufbauen. Die Herstellung elektronischer Schaltkreise auf der Basis organischer Materialien sollte sich daher in wesentlich kürzeren Zeiträumen durchführen lassen als bei den anorganischen Analoga. Erste Bauelemente auf der Basis organischer Halbleiter sind bereits erfolgreich getestet worden. Bis zu einer Einführung im industriellen Maßstab sind jedoch noch eine Reihe von Problemen zu lösen.For certain applications, conductive organic polymers offer themselves in the long term as an inexpensive alternative to the inorganic semiconductor materials previously used. Microelectronic components, such as transistors, based on organic semiconductors, for example, can be built up in relatively simple layers on a substrate using suitable printing techniques. The production of electronic circuits based on organic materials should therefore be able to be carried out in significantly shorter periods of time than with the inorganic analogs. The first components based on organic semiconductors have already been successfully tested. However, there are still a number of problems to be solved before they can be introduced on an industrial scale.
So bleibt auch bei organischen Schichtsystemen die Aufgabe bestehen, den organischen Halbleiter entsprechend der zu erzielenden Schaltungslogik zu strukturieren und eine elekt- rische Verbindung zur organischen Halbleiterstrecke durch die Abscheidung geeigneter Kontakte herzustellen.Thus, even with organic layer systems, the task remains to structure the organic semiconductor in accordance with the circuit logic to be achieved and to provide an electrical to produce a organic connection to the organic semiconductor path by the deposition of suitable contacts.
Werden Schichten aus einem Material auf ein Substrat abge- schieden, gibt es prinzipiell die Möglichkeiten entweder die Schicht nach erfolgter Abscheidung zu strukturieren oder vor der Abscheidung einzelne Bereiche auf dem Substrat in gezielter Art und Weise zu definieren bzw. die Abscheidung des Materials auf das Substrat definiert zu steuern. Letztge- nannte Möglichkeit bietet den Vorteil, Materialkosten und aufwändige Reinigungs- oder Wiedergewinnungsprozesse einzusparen.If layers of a material are deposited on a substrate, there are in principle the possibilities either to structure the layer after the deposition has taken place or to define individual areas on the substrate in a targeted manner prior to the deposition or the deposition of the material on the substrate to control defined. The latter option offers the advantage of saving material costs and time-consuming cleaning or recovery processes.
Soll die Schicht, die in diesem Fall zum Beispiel aus einem Polymer aufgebaut sein kann, erst nach der Abscheidung strukturiert werden, so können beispielsweise zum Polymer geeignete fotoaktive Komponenten gegeben werden und auf diese Weise eine Formulierung des Polymers mit fotoaktiven Eigenschaften hergestellt werden. Durch selektive Belichtung kann dann zum Beispiel die Löslichkeit des Polymers in einem Entwickler gezielt verändert werden. Bereiche der Schicht, die für die Herstellung des mikroelektronischen Bauelements nicht benötigt werden, können dann mit einem geeigneten Lösungsmittel entfernt werden.If the layer, which in this case can be constructed from a polymer, for example, is only to be structured after the deposition, suitable photoactive components can be added to the polymer, for example, and a formulation of the polymer with photoactive properties can be produced in this way. Selective exposure can then be used to specifically change the solubility of the polymer in a developer, for example. Areas of the layer that are not required for the production of the microelectronic component can then be removed with a suitable solvent.
Alternativ kann auch auf die zu strukturierende Schicht eine Fotolackschicht aufgebracht werden, welche zunächst mit Hilfe einer Fotomaske selektiv belichtet wird, um eine Strukturierung vorzubereiten. Nach der Entwicklung der Fotolack- schicht wird eine Maske erhalten, durch welche Abschnitte der zu strukturierenden Schicht, welche entfernt werden sollen, freigelegt werden. In einem nachfolgenden Ätzschritt, in den meisten Fällen ein Plasmaprozess, können dann die freiliegenden Abschnitte der Schicht abgetragen werden. Ab- schließend wird noch die Fotomaske entfernt, zum Beispiel mit einem geeigneten Lösungsmittel. Neben optischen Verfahren zur selektiven Belichtung unter Verwendung von Fotomasken können auch mechanische Methoden zur Strukturierung von Schichten eingesetzt werden. So bietet beispielsweise das Siebdruckverfahren die Möglichkeit, eine strukturierte Lackschicht auf einer zu strukturierenden Schicht aufzubringen. Analog zu den optischen Verfahren erfordert diese Methode ebenfalls einen Strukturübertragungs- prozess auf die unter der Lackschicht angeordnete Schicht in einem Ätzprozess und die nachfolgende Entfernung des Lackes.Alternatively, a photoresist layer can also be applied to the layer to be structured, which layer is first exposed selectively using a photomask in order to prepare a structuring. After the development of the photoresist layer, a mask is obtained through which portions of the layer to be structured, which are to be removed, are exposed. In a subsequent etching step, in most cases a plasma process, the exposed sections of the layer can then be removed. Finally, the photo mask is removed, for example with a suitable solvent. In addition to optical methods for selective exposure using photomasks, mechanical methods for structuring layers can also be used. For example, the screen printing process offers the possibility of applying a structured lacquer layer on a layer to be structured. Analogous to the optical methods, this method also requires a structure transfer process to the layer arranged under the lacquer layer in an etching process and the subsequent removal of the lacquer.
Im Vergleich zu den optischen Verfahren liegt die erreichbare Strukturauflösung beim Siebdruckverfahren jedoch lediglich bei etwa 200 μm und kann deshalb nur für die Erzeugung von relativ groben Strukturen eingesetzt werden. Sie ist somit ausreichend für die Abbildung großflächiger Elektroden und Leiterbahnen, muss jedoch bei feineren Strukturen, wie hochintegrierten Schaltkreisen, durch höher auflösende Verfahren ersetzt werden.Compared to the optical methods, the structure resolution that can be achieved with the screen printing method is only about 200 μm and can therefore only be used for the production of relatively coarse structures. It is therefore sufficient for imaging large-area electrodes and conductor tracks, but must be replaced by higher-resolution processes for finer structures, such as highly integrated circuits.
Auch der Tintenstrahldruck ist ein mechanisches Verfahren zur Erzeugung definierter Strukturen. Das die Schicht bildende Material wird in diesem Fall als Lösung in Form kleiner Tröpfchen auf die Substratoberfläche aufgespritzt. Hierzu ist es erforderlich, dass das aufzubringende Material entweder selbst eine druckfähige Beschaffenheit aufweist oder durch Beimischung geeigneter Lösungsmittel und Additive entsprechend präpariert wird. Die Zusatz- und Lösungsmittel sollten nach der Aufbringung rasch verdampfen, um ein Zusammenlaufen der Schichtstruktur zu verhindern.Inkjet printing is also a mechanical process for creating defined structures. In this case, the material forming the layer is sprayed onto the substrate surface as a solution in the form of small droplets. For this purpose, it is necessary that the material to be applied either itself has a printable quality or is appropriately prepared by adding suitable solvents and additives. The additives and solvents should evaporate quickly after application to prevent the layer structure from converging.
Der Aufbau eines mikroelektronischen Bauelements auf der Basis organischer Materialien erfolgt schichtweise. Ein bestimmtes Material wird jeweils als Schicht abgeschieden und gleichzeitig mit der Abscheidung oder in einem späteren Schritt strukturiert. Dabei ist erforderlich, dass beim Aufbau der jeweiligen Struktur die unterhalb dieser Struktur angeordneten Schichten durch die Abscheidung und Strukturie- rung des Materials nicht negativ beeinflusst werden. Beispielsweise darf eine Schicht aus einem organischen Halbleitermaterial durch die Bearbeitung ihre elektrischen Eigenschaften nicht verlieren. Besonders bei niedermolekularen Halbleitern, wie Pentazen, Tetrazen oder α-Oligothiophenen, bewirkt eine nachträgliche Behandlung der organischen Halbleiterschicht mit organischen Lösungsmitteln, Entwicklerlösungen, Ätzlösungen und dergleichen, wie es beim fotolitho- grafischen Strukturieren von Metallschichten oder Drucken von Polymeren notwendig ist, eine irreversible Veränderung der molekularen Struktur der Halbleiterschicht, sodass diese ihre Halbleitereigenschaften verliert.A microelectronic component based on organic materials is built up in layers. A certain material is deposited as a layer and structured simultaneously with the deposition or in a later step. It is necessary that the layers arranged underneath this structure are separated by the deposition and material are not adversely affected. For example, a layer made of an organic semiconductor material must not lose its electrical properties due to the processing. Particularly in the case of low molecular weight semiconductors, such as pentazene, tetrazene or α-oligothiophenes, subsequent treatment of the organic semiconductor layer with organic solvents, developer solutions, etching solutions and the like, as is necessary in the photolithographic structuring of metal layers or printing of polymers, leads to an irreversible change the molecular structure of the semiconductor layer so that it loses its semiconductor properties.
Um den Ladungsträgertransport in organischen Halbleitern zu verbessern, wurden Verfahren entwickelt, mit denen halbleitende Moleküle wie Pentazen oder Oligothiophen möglichst geordnet abgeschieden werden können. Dies ist beispielsweise durch Va uumsublimation möglich. Ein geeignetes Abscheiden des organischen Halbleiters führt dabei zu einer Erhöhung der Kristallinität des Halbleitermaterials. Durch die verbesserte π-π-Überlappung zwischen den Molekülen bzw. den Seitenketten kann die Energiebarriere für den Ladungsträgertransport abgesenkt werden. Beim weiteren Aufbau eines mikroelektronischen Bauelements darf die hohe Ordnung der orga- nischen Halbleiterschicht nicht zerstört werden. So uss vermieden werden, dass beispielsweise Lösungsmittelmoleküle in die organische Halbleiterschicht eindringen, sodass diese quillt, oder dass Dopanden eindiffundieren, welche die e- lektrischen Eigenschaften der organischen Halbleiterschicht verändern.In order to improve the charge carrier transport in organic semiconductors, processes have been developed with which semiconducting molecules such as pentazene or oligothiophene can be deposited as orderly as possible. This is possible, for example, by sublimating the value. A suitable deposition of the organic semiconductor leads to an increase in the crystallinity of the semiconductor material. Due to the improved π-π overlap between the molecules or the side chains, the energy barrier for the charge carrier transport can be lowered. When a microelectronic component is built up further, the high order of the organic semiconductor layer must not be destroyed. This avoids that, for example, solvent molecules penetrate into the organic semiconductor layer so that it swells, or that dopands diffuse in, which change the electrical properties of the organic semiconductor layer.
Organische Halbleiter können beispielsweise in Feldeffekttransistoren oder elektronischen Bauteilen verwendet werden, deren Funktionsweise auf einem Feldeffekt beruht. Für eine Anwendung organischer Halbleiter in Feldeffekttransistoren oder ähnlichen elektronischen Bauteilen ist es erforderlich, dass sich der organische Halbleiter wie ein Isolator ver- hält, wenn kein elektrisches Feld anliegt, während er unter Einfluss eines elektrischen Feldes durch Ausbildung eines Leiterkanals die Eigenschaften eines elektrischen Leiters zeigt.Organic semiconductors can be used, for example, in field effect transistors or electronic components, the functioning of which is based on a field effect. For an application of organic semiconductors in field effect transistors or similar electronic components, it is necessary for the organic semiconductor to act like an insulator. lasts when there is no electrical field, while under the influence of an electrical field it shows the properties of an electrical conductor by forming a conductor channel.
Die Injektion bzw. Extraktion von Ladungsträgern in die bzw. aus der organischen Halbleiterschicht erfolgt über eine Kontaktfläche, die zwischen der organischen Halbleiterschicht und einem Kontakt ausgebildet wird. Als Material für die Kontakte können sowohl Metalle als auch organische leitfähige Polymere verwendet werden. Als organische Halbleitermaterialien können beispielsweise Pentazen, Tetrazen, α- Oligothiophene oder polymere Halbleiter, wie Poly-3- hexylthiophen und F8T2 eingesetzt werden.The injection or extraction of charge carriers into or from the organic semiconductor layer takes place via a contact area which is formed between the organic semiconductor layer and a contact. Both metals and organic conductive polymers can be used as the material for the contacts. For example, pentazene, tetrazene, α-oligothiophenes or polymeric semiconductors such as poly-3-hexylthiophene and F8T2 can be used as organic semiconductor materials.
In der Literatur werden prinzipiell zwei verschiedene Transistorarchitekturen für organische Feldeffekttransistoren beschrieben, die beide durch ihre spezifischen Vor- und Nachteile charakterisiert sind.In principle, two different transistor architectures for organic field effect transistors are described in the literature, both of which are characterized by their specific advantages and disadvantages.
Der wesentliche Unterschied zwischen beiden Architekturen besteht in der Reihenfolge, in welcher der organische Halbleiter bzw. die Source-/Drainkontakte aufgebracht werden. So werden bei sog. Bottom-Kontakt-Transistoren mittels fotoli- thografischer, drucktechnischer oder Aufdampfmethoden zunächst die Source- und Drainelektroden auf dem Gatedielektrikum abgeschieden und erst im letzten Schritt der empfindliche Halbleiter aufgebracht. Die organische Halbleiterschicht kann also nicht mehr durch nachfolgende Prozess- schritte zerstört werden.The main difference between the two architectures is the order in which the organic semiconductor or the source / drain contacts are applied. In so-called bottom contact transistors, the source and drain electrodes are first deposited on the gate dielectric by means of photolithography, printing technology or vapor deposition methods, and the sensitive semiconductor is only applied in the last step. The organic semiconductor layer can therefore no longer be destroyed by subsequent process steps.
Vorteilhaft an diesem Aufbau ist, dass sich sehr kleine Kanallängen realisieren lassen. Bei einer fotolithografischen Strukturierung können Strukturbreiten von weniger als 1 μ dargestellt werden. Bei diesem Aufbau erreicht man jedoch nur kleine Kontaktflächen zwischen dem Source-/Drainkontakt und dem Halbleiter. Unter dem Einfluss des Feldes der Gate- elektrode wird daher nur eine geringe Anzahl an Ladungsträgern in den Halbleiter injiziert bzw. aus diesem extrahiert. Im eingeschalteten Zustand fließt daher nur ein geringer Strom durch den Transistor, d.h. das Verhältnis der Ströme in ein- bzw. ausgeschalteten Zustand ist vergleichsweise niedrig.The advantage of this design is that very small channel lengths can be implemented. With a photolithographic structuring, structure widths of less than 1 μ can be displayed. With this structure, however, only small contact areas between the source / drain contact and the semiconductor are achieved. Under the influence of the field of the gate electrode is therefore injected or extracted from the semiconductor only a small number of charge carriers. In the switched-on state, therefore, only a small current flows through the transistor, ie the ratio of the currents in the switched-on or switched-off state is comparatively low.
Bei der Top-Kontakt-Architektur sind die Source- bzw. Drainkontakte auf der Schicht des organischen Halbleiters ange- ordnet. Das hat den Vorteil, dass bei dieser Anordnung mehr Ladungsträger in den Halbleiter injiziert werden können, da die Kontaktfläche zwischen Kontakt und organischem Halbleiter relativ groß ist. Es wird dadurch ein hoher elektronischer Wirkungsgrad erreicht, d.h. die Ansprech- und Schalt- zeiten des Transistors können verkürzt und damit die Leistung des elektronischen Bauelementes erhöht werden. Schwierigkeiten bereitet die Herstellung eines solchen Transistors, da die Elektroden auf der organischen Halbleiterschicht dargestellt werden müssen ohne dabei die elektri- sehen Eigenschaften des Halbleiters zu beeinflussen.In the case of the top contact architecture, the source or drain contacts are arranged on the layer of the organic semiconductor. This has the advantage that, with this arrangement, more charge carriers can be injected into the semiconductor, since the contact area between the contact and the organic semiconductor is relatively large. This achieves a high level of electronic efficiency, i.e. the response and switching times of the transistor can be shortened and thus the performance of the electronic component can be increased. The manufacture of such a transistor presents difficulties because the electrodes have to be represented on the organic semiconductor layer without influencing the electrical properties of the semiconductor.
Bisher wurden ausschließlich Verfahren beschrieben, bei denen die Source- und Drainkontakte mittels Metallverdampfung unter Verwendung einer Schattenmaske auf der organischen Halbleiterschicht abgeschieden und strukturiert werden. Diese Methode erlaubt jedoch lediglich die Definition von Leitungskanälen mit einer Länge von etwa 20 bis 30 μm. Darüber hinaus ist eine Justierung der Source- und Drainkontakte zu den unteren Strukturlagen (Gate, Gatedielektrikum) mit die- ser Technik äußerst aufwändig.So far, only methods have been described in which the source and drain contacts are deposited and structured by means of metal evaporation using a shadow mask on the organic semiconductor layer. However, this method only allows the definition of cable ducts with a length of approximately 20 to 30 μm. In addition, adjustment of the source and drain contacts to the lower structural layers (gate, gate dielectric) is extremely complex with this technology.
Es war daher bisher nicht möglich, hoch aufgelöste Strukturen für Kontakte auf Schichten aus organischen Halbleitermaterialien unter Erhalt der halbleitenden Eigenschaften zu erzeugen. Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Abscheidung von Schichtmaterialien auf organischen Halbleiterschichten zur Verfügung zu stellen, das die Herstellung e- lektronischer Bauelemente ermöglicht, welche eine hohe Leis- tungsfähigkeit aufweisen.So far, it has not been possible to produce high-resolution structures for contacts on layers of organic semiconductor materials while maintaining the semiconducting properties. The object of the invention is therefore to provide a method for the deposition of layer materials on organic semiconductor layers which enables the production of electronic components which have a high performance.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zum Herstellen von Schichten aus einem Schichtmaterial auf organischen Halbleiterschichten, mit den Schritten:This object is achieved with a method for producing layers from a layer material on organic semiconductor layers, with the steps:
Bereitstellen einer organischen Halbleiterschicht, Aufbringen einer Lösung oder einer Suspension eines Schichtmaterials in einem wässrigen Lösungsmittel auf die organische Halbleiterschicht, Entfernen des wässrigen Lösungsmittels, sodass eine Schicht aus dem Schichtmaterial erhalten wird.Providing an organic semiconductor layer, applying a solution or a suspension of a layer material in an aqueous solvent to the organic semiconductor layer, removing the aqueous solvent, so that a layer is obtained from the layer material.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ein wässriges Lösungsmittel verwendet, um ein an sich beliebiges Schichtmaterial auf der organischen Halbleiterschicht aufzubringen. Die organische Halbleiterschicht weist ausgeprägt hydrophobe Eigenschaften auf. Diese hohe Hydrophobie bewirkt, das polare Fremdmoleküle, wie Dopanden, Wassermoleküle etc., nicht in den Molekülverband der organischen Halbleiterschicht ein- dringen können. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt also die gegensätzlichen Grenzflächeneigenschaften von organischer Halbleiterschicht und der auf dieser aufzubringenden Lösung bzw. Suspension. Ein Eindringen von Lösungsmittelmolekülen oder sonstiger Verbindungen wird wirksam unter- drückt. Während der Prozessierung des Schichtmaterials werden daher irreversible strukturelle Veränderung im geordneten Molekülverband vermieden, sodass kein Verlust der Halbleitereigenschaften befürchtet werden uss.In the method according to the invention, an aqueous solvent is used in order to apply any layer material per se to the organic semiconductor layer. The organic semiconductor layer has pronounced hydrophobic properties. This high hydrophobicity means that polar foreign molecules such as dopands, water molecules etc. cannot penetrate into the molecular structure of the organic semiconductor layer. The method according to the invention thus uses the opposing interface properties of organic semiconductor layer and the solution or suspension to be applied thereon. Penetration of solvent molecules or other compounds is effectively suppressed. Therefore, irreversible structural changes in the ordered molecular structure are avoided during the processing of the layer material, so that no loss of the semiconductor properties is to be feared.
Das Schichtmaterial kann an sich beliebig gewählt werden, sofern sich aus ihm eine Lösung oder eine Suspension im wässrigen Lösungsmittel herstellen lässt. Als Schicht ateri- al kann beispielsweise ein organisches Polymer verwendet werden oder auch eine elektrisch leitfähige organische Verbindung bzw. eine Vorstufe einer solchen Verbindung. Es lassen sich aber beispielsweise auch Metalle mit diesem Verfah- ren auf der organischen Halbleiterschicht aufbringen. Die Metalle müssen dazu in einer Form vorliegen, die sich im wässrigen Lösungsmittel suspendieren lässt, beispielsweise als Sol oder in Form einer Suspension von Nanopartikeln aus Metallen. Ebenso lassen sich bestimmte Kohlenstoffmodifika- tionen, beispielsweise Fullerene, als Suspension auf die organische Halbleiterschicht aufbringen.The layer material can in itself be chosen as long as it can be used to produce a solution or a suspension in the aqueous solvent. As a layer ateric For example, an organic polymer or an electrically conductive organic compound or a precursor of such a compound can be used. However, metals can also be applied to the organic semiconductor layer using this method, for example. For this purpose, the metals must be in a form that can be suspended in the aqueous solvent, for example as a sol or in the form of a suspension of nanoparticles made of metals. Certain carbon modifications, for example fullerenes, can also be applied as a suspension to the organic semiconductor layer.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich nun also Schichten aus an sich beliebigen Schichtmaterialien auf or- ganischen Halbleiterschichten aufbringen, sodass die Möglichkeiten, elektronische Bauelemente auf der Basis organischer Halbleiter darzustellen, wesentlich erweitert werden. So lassen sich insbesondere die Kontaktflächen zwischen organischer Halbleiterschicht und dem abgeschiedenen Schicht- material, über welche eine Injektion bzw. Extraktion von Ladungsträgern in die bzw. aus der organischen Halbleiterschicht erfolgt, wesentlich vergrößern, was die Herstellung leistungsfähigerer mikroelektronischer Bauelemente ermöglichtThe method according to the invention can now be used to apply layers of any desired layer materials to organic semiconductor layers, so that the possibilities of representing electronic components on the basis of organic semiconductors are considerably expanded. In particular, the contact areas between the organic semiconductor layer and the deposited layer material, by means of which charge carriers are injected or extracted into or from the organic semiconductor layer, can be significantly increased, which enables the production of more powerful microelectronic components
Wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Verwendung eines wässrigen Lösungsmittels, durch welches ein Eindringen von Verunreinigungen in die organische Halbleiterschicht und damit eine Zerstörung deren geordneter Strukturen wirksam vermieden werden kann.An essential feature of the method according to the invention is the use of an aqueous solvent, through which the penetration of impurities into the organic semiconductor layer and thus the destruction of their ordered structures can be effectively avoided.
Das wässrige Lösungsmittel kann neben Wasser noch andere Lösungsmittel umfassen, beispielsweise Alkohole. Es hat sich jedoch gezeigt, dass organische Lösungsmittel zu einem Ver- lust der Halbleitereigenschaften der organischen Schicht führen. Bereits Alkohole verschlechtern die Halbleitereigenschaften der organischen Halbleiterschicht deutlich. Der Anteil derartiger Lösungsmittel am wässrigen Lösungsmittel wird daher bevorzugt möglichst niedrig gehalten und sollte einen Anteil von 5 % nach Möglichkeit nicht überschreiten. Besonders bevorzugt wird reines Wasser als wässriges Lö- sungsmittel verwendet, da es einerseits stark polar ist, eine hohe Oberflächenspannung aufweist, und sich andererseits unter milden Bedingungen vollständig verdampfen lässt, beispielsweise unter vermindertem Druck. Das Wasser weist dabei bevorzugt einen im Wesentlichen neutralen pH auf (pH = 7), um beispielsweise eine Protonierung oder Deprotonierung des organischen Halbleiters zu vermeiden, was zu einer Änderung der Struktur der organischen Halbleiterschicht führen würde .In addition to water, the aqueous solvent can also comprise other solvents, for example alcohols. However, it has been shown that organic solvents lead to a loss of the semiconductor properties of the organic layer. Alcohols already significantly deteriorate the semiconductor properties of the organic semiconductor layer. The The proportion of such solvents in the aqueous solvent is therefore preferably kept as low as possible and should not exceed 5% if possible. Pure water is particularly preferably used as the aqueous solvent, since it is strongly polar on the one hand, has a high surface tension and on the other hand can be completely evaporated under mild conditions, for example under reduced pressure. The water preferably has an essentially neutral pH (pH = 7), for example to avoid protonation or deprotonation of the organic semiconductor, which would lead to a change in the structure of the organic semiconductor layer.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die aus dem Schichtmaterial hergestellte Schicht eine Struktur auf, beispielsweise die Struktur eines Kontakts oder allgemeiner gesagt, bildet die aus dem Schichtmaterial hergestellte Schicht erhabene Abschnitte auf der organischen Halbleiter- schicht aus. Dazu wird die Lösung oder die Suspension desIn a particularly preferred embodiment, the layer made of the layer material has a structure, for example the structure of a contact or, more generally, the layer made of the layer material forms raised portions on the organic semiconductor layer. For this, the solution or suspension of the
Schichtmaterials abschnittsweise auf die organische Halbleiterschicht aufgebracht. Nach Verdampfen des wässrigen Lösungsmittels, insbesondere Wasser, bleibt dann das Schichtmaterial als erhabener Abschnitt auf der Oberfläche der or- ganischen Halbleiterschicht zurück.Layer material applied in sections to the organic semiconductor layer. After the aqueous solvent, in particular water, has evaporated, the layer material then remains as a raised section on the surface of the organic semiconductor layer.
In einer ersten Ausführungsform wird die Lösung oder die Suspension des Schichtmaterials durch eine Drucktechnik auf die organische Halbleiterschicht aufgebracht. Dieses Verfah- ren eignet sich besonders für die Herstellung von mikroelektronischen Schaltkreisen in großen Stückzahlen, wobei geringere Anforderungen an die Auflösung der Strukturen gestellt werden. Diese Ausführungsform eignet sich also besonders für Anwendungen, die unter einem hohen Kostendruck ste- hen. Die für das Auftragen verwendete Drucktechnik unterliegt an sich keinen besonderen Einschränkungen. Insbesondere geeignet sind hochvolu ige Drucktechniken, wie Flexo- oder Offsetdruck, welche eine kostengünstige Herstellung einfacher elektronischer Bauelemente mit hohen Stückzahlen erlauben.In a first embodiment, the solution or the suspension of the layer material is applied to the organic semiconductor layer by a printing technique. This method is particularly suitable for the production of large quantities of microelectronic circuits, with lower demands being placed on the resolution of the structures. This embodiment is therefore particularly suitable for applications which are under high cost pressure. The printing technique used for the application is not subject to any particular restrictions. High-volume printing techniques such as flexographic printing are particularly suitable. or offset printing, which allow inexpensive production of simple electronic components with large numbers.
Bei höherer Auflösung besteht die Gefahr, dass nach dem Auftrag der Lösung oder Suspension des Schichtmaterials Abschnitte zusammenlaufen und damit die Auflösung der Struktur verloren geht. Für die Herstellung von Strukturen mit hoher Auflösung geht man daher bevorzugt in der Weise vor, dass auf der organischen Halbleiterschicht eine Maske mit erhabenen Abschnitten und zwischen den erhabenen Abschnitten angeordneten Gräben aufgebracht wird und die Lösung oder die Suspension des Schichtmaterials in die Gräben eingefüllt wird.If the resolution is higher, there is a risk that after the solution or suspension of the layer material has been applied, sections will converge and the structure's resolution will be lost. For the production of structures with high resolution, the procedure is therefore preferably such that a mask with raised sections and trenches arranged between the raised sections is applied to the organic semiconductor layer and the solution or suspension of the layer material is filled into the trenches.
Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird also in einem ersten Schritt eine Negativmaske der zu erzeugenden Struktur hergestellt. In einem zweiten Schritt werden diese Negativstrukturen mit einer Lösung oder Suspen- sion des Schichtmaterials, bevorzugt einer wässrigen Formulierung des Schichtmaterials aufgefüllt. Auch hierbei verhindert der hydrophobe Charakter der organischen Halbleiterschicht ein Eindringen der hydrophilen Formulierung. Überschüssige Formulierung kann durch Abrakeln von den erhabenen Bereichen der Negativmaske entfernt werden. Damit können im Fall eines elektrisch leitfähigen Schichtmaterials die mit der Formulierung beladenen Abschnitte voneinander isoliert werden. Anschließend wird zur Entfernung des wässrigen Lösungsmittels getrocknet.In this embodiment of the method according to the invention, a negative mask of the structure to be produced is thus produced in a first step. In a second step, these negative structures are filled with a solution or suspension of the layer material, preferably an aqueous formulation of the layer material. Here, too, the hydrophobic character of the organic semiconductor layer prevents the hydrophilic formulation from penetrating. Excess formulation can be removed by doctoring from the raised areas of the negative mask. In the case of an electrically conductive layer material, the sections loaded with the formulation can thus be isolated from one another. It is then dried to remove the aqueous solvent.
Das Beladen der Maske mit der Lösung oder der Suspension der Schichtverbindung, insbesondere ein elektrisch leitfähiges Polymer, erfolgt mittels üblichen Techniken, wie Spin-Dip oder Spray-Coating. Diese Verfahren erlauben eine rasche und großflächige Auftragung der Polymerlösung bei gleichzeitiger Gewährleistung einer hohen Homogenität. Zudem handelt es sich bei diesen Techniken um ausgereifte Verfahren. Entsprechende Anlagen stehen bereits zur Verfügung.Loading the mask with the solution or the suspension of the layer connection, in particular an electrically conductive polymer, is carried out by means of customary techniques, such as spin-dip or spray coating. These processes allow the polymer solution to be applied quickly and over a large area while at the same time ensuring high homogeneity. It also acts these techniques are sophisticated processes. Appropriate systems are already available.
Die Maske kann beispielsweise durch eine Drucktechnik herge- stellt werden, wobei ein geeignetes organisches Polymer als Schichtmaterial verwendet wird, das in einem wässrigen Lösungsmittel gelöst oder suspendiert ist. Das Lösungsmittel wird anschließend entfernt und die erhaltene Struktur ggf. ausgehärtet. Dann wird, wie oben beschrieben, eine Lösung oder Suspension eines weiteren Schichtmaterials, bevorzugt eines elektrisch leitfähigen Schichtmaterials, in die erhaltenen Gräben eingefüllt. Hier wird also das erfindungsgemäße Verfahren sowohl für die Herstellung der Maske, wie auch für die Herstellung der leitfähigen Strukturen verwendet. Dies zeigt die universelle Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Herstellung von Strukturen auf organischen Halbleiterschichten.The mask can be produced, for example, by a printing technique, using a suitable organic polymer as layer material, which is dissolved or suspended in an aqueous solvent. The solvent is then removed and the structure obtained is hardened if necessary. Then, as described above, a solution or suspension of a further layer material, preferably an electrically conductive layer material, is filled into the trenches obtained. Here, the method according to the invention is used both for the production of the mask and for the production of the conductive structures. This shows the universal applicability of the method according to the invention in the production of structures on organic semiconductor layers.
Die Auflösung bei einem Druckverfahren beträgt ca. 50 μm und ist daher insbesondere für Anwendungen von Interesse, bei denen es auf die Herstellung hoher Stückzahlen bei begrenzter Integrationsdichte der erzeugten elektronischen Schaltkreise ankommt.The resolution in a printing process is approximately 50 μm and is therefore of particular interest for applications in which it is important to produce large quantities with a limited integration density of the electronic circuits produced.
Um eine hohe Auflösung der Struktur zu erreichen, wird bevorzugt in der Weise vorgegangen, dass die Maske erzeugt wird, indem eine Lösung oder Suspension eines Polymers in einem wässrigen Lösungsmittel auf der Schicht aus dem organischen Halbleitermaterial abgeschieden wird, das wässrige Lösungsmittel verdampft wird, sodass ein Polymerfilm erhalten wird, das Polymer zumindest abschnittsweise in eine unlösliche Form überführt wird, und löslichen Abschnitte des Polymerfil s mit einem wässrigen Lösungsmittel abgelöst werden.In order to achieve a high resolution of the structure, the procedure is preferably that the mask is produced by depositing a solution or suspension of a polymer in an aqueous solvent on the layer of the organic semiconductor material, and the aqueous solvent is evaporated so that a polymer film is obtained, the polymer is converted into an insoluble form at least in sections, and soluble sections of the polymer film are detached with an aqueous solvent.
Bevorzugt wird auch bei dieser Ausführungsform mit Wasser als wässrigem Lösungsmittel gearbeitet. Um das Polymer in eine unlösliche Form zu überführen, wird dieses bevorzugt mit einem geeigneten Vernetzungsmittel vernetzt.In this embodiment, too, water is preferably used as the aqueous solvent. To put the polymer in to convert an insoluble form, this is preferably crosslinked with a suitable crosslinking agent.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Po- lymerfil mit einer fotolithographischen Technik prozessiert, um lösliche und unlösliche Abschnitte zu erzeugen. Dies ermöglicht besonders hohe Auflösungen. Die dazu erforderlichen Belichtungstechniken sind beispielsweise aus der Prozessierung von Halbleiterchips auf Siliziumbasis bekannt. Allgemein wird dabei so vorgegangen, dass der Polymerfilm fotoaktiv ausgebildet ist, und die unlöslichen Abschnitte des Polymerfilms erhalten werden, indem der Polymerfilm abschnittsweise belichtet wird.In a particularly preferred embodiment, the polymer film is processed using a photolithographic technique in order to produce soluble and insoluble sections. This enables particularly high resolutions. The exposure techniques required for this are known, for example, from the processing of silicon-based semiconductor chips. In general, the procedure is such that the polymer film is photoactive and the insoluble sections of the polymer film are obtained by exposing the polymer film in sections.
Im Allgemeinen werden dabei die belichteten Abschnitte desIn general, the exposed sections of the
Polymerfilms in eine unlösliche Form überführt, da durch die Belichtung eine Vernetzung des Polymers bewirkt wird.Polymer film converted into an insoluble form, since the exposure causes the polymer to crosslink.
Die Herstellung einer Negativmaske umfasst bei dieser Aus- führungsform des Verfahrens also die folgenden Schritte:The production of a negative mask in this embodiment of the method thus comprises the following steps:
- Aufbringen einer Fotolacklösung auf das Halbleitersubstrat;- Applying a photoresist solution to the semiconductor substrate;
- Trocknen der aufgebrachten Fotolacklösung;Drying the applied photoresist solution;
- Belichten des Fotolacks über eine strukturierte Maske, wobei belichtete und unbelichtete Bereiche des Fotolacks gebildet werden und die belichteten Bereiche des Fotolacks vernetzen;- Exposing the photoresist through a structured mask, whereby exposed and unexposed areas of the photoresist are formed and crosslink the exposed areas of the photoresist;
- Entfernen der nicht belichteten Bereiche des Fotolacks unter Ausbildung der Negativmaske.- Removing the unexposed areas of the photoresist to form the negative mask.
Der Fotolack wird auch hier bevorzugt als wässrige Lösung oder Suspension auf die organische Halbleiterschicht aufgebracht . Es handelt sich bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens um ein einfaches Verfahren mit einem ausgereiften praxiserprobten Lithografieschritt hoher Auflösung, wodurch Strukturen unterhalb 10 μ zugänglich werden.Here too, the photoresist is preferably applied to the organic semiconductor layer as an aqueous solution or suspension. This embodiment of the method according to the invention is a simple method with a sophisticated, practice-proven lithography step of high resolution, as a result of which structures below 10 μ are accessible.
Für die Herstellung von Kontakten wird als Schichtmaterial eine elektrisch leitfähige organische Verbindung gewählt. Auf diese Weise ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die einfache Herstellung von Topkontakten auf organischenAn electrically conductive organic compound is chosen as the layer material for the production of contacts. In this way, the method according to the invention enables the simple production of top contacts on organic
Halbleiterschichten. Geeignete elektrisch leitfähige organische Verbindungen sind dem Fachmann bekannt und können auch von kommerziellen Anbietern bezogen werden. Eine beispiel- ■ hafte Verbindung ist Baytron P®, das von der Bayer AG, DE, bezogen werden kann.Semiconductor layers. Suitable electrically conductive organic compounds are known to the person skilled in the art and can also be obtained from commercial suppliers. An exemplary ■ connection is Baytron P ® , which can be obtained from Bayer AG, DE.
Bevorzugt ist es, wenn die Trocknung der Lösung oder der Suspension der Schichtverbindung bei einer Temperatur unterhalb von 80°C durchgeführt wird. Bei einer höheren Tempera- tur besteht die Gefahr einer thermischen Veränderung der elektrisch leitfähigen organischen Verbindung und damit eines Verlusts der Halbleitereigenschaften. Besonders bevorzugt ist eine Trocknungstemperatur von 60 °C. Diese Temperatur ist zum einen hoch genug um eine deutliche Reduzierung der Trocknungszeit zu erreichen, und zum anderen ausreichend niedrig, um eine thermische Zersetzung der sensiblen organischen Materialien weitgehend auszuschließen.It is preferred if the drying of the solution or the suspension of the layered compound is carried out at a temperature below 80 ° C. At a higher temperature there is a risk of a thermal change in the electrically conductive organic compound and thus a loss of the semiconductor properties. A drying temperature of 60 ° C. is particularly preferred. On the one hand, this temperature is high enough to achieve a significant reduction in the drying time and, on the other hand, it is sufficiently low to largely preclude thermal decomposition of the sensitive organic materials.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Trockenschritt unter vermindertem Druck erfolgt. Durch eine Druckverminderung lässt sich der Trocknungsprozess bei gleicher Temperatur deutlich beschleunigen und somit der Umsatz erhöhen, bzw. die Trocknungstemperatur bei gleicher Trocknungszeit deutlich absenken und die Gefahr einer thermischen Schädi- gung der organischen Halbleiter reduzieren, wodurch die Qualität verbessert und die Ausfallquote der erzeugten Bauteile reduziert wird. Der verminderte Druck liegt dabei vorteilhaft in einem Bereich von 100 bis 500 bar. Dieser Bereich ist zum einen hoch genug um auch von preiswerten und kommerziell leicht erhältlichen Vakuumgeräten erreicht zu werden, und zum anderen ausreichend niedrig, um eine deutliche Absenkung der benötigten Trocknungstemperatur bzw. Reduzierung der Trockenzeit zu erreichen.It is particularly advantageous if the drying step is carried out under reduced pressure. By reducing the pressure, the drying process can be accelerated significantly at the same temperature, thus increasing sales, or significantly lowering the drying temperature at the same drying time and reducing the risk of thermal damage to the organic semiconductors, which improves the quality and the failure rate of the components produced is reduced. The reduced pressure is advantageously in a range from 100 to 500 bar. On the one hand, this range is high enough to be reached by inexpensive and commercially available vacuum devices, and on the other hand it is sufficiently low to achieve a significant reduction in the required drying temperature or reduction in drying time.
Die organische Halbleiterschicht kann an sich aus einem beliebigen organischen Halbleitermaterial aufgebaut sein. Besonders bevorzugt ist die organische Halbleiterschicht aus einem Halbleiter aufgebaut, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die gebildet ist aus Pentazen, Tetrazen und α- Oligothiophen.The organic semiconductor layer can be constructed from any organic semiconductor material. The organic semiconductor layer is particularly preferably composed of a semiconductor which is selected from the group consisting of pentazene, tetrazene and α-oligothiophene.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für die Herstellung von Topelektroden von organischen Feldeffekttransistoren. Dabei wird auf einem Substrat eine Gate- elektrode abgeschieden, die Gateelektrode mit einer Schicht eines Gatedielektrikums isoliert, auf der Schicht des Gatedielektrikums eine organischen Halbleiterschicht abgeschieden, und mit einer wässrigen Lösung oder Suspension eines elektrisch leitfähigen Schichtmaterials eine Sourceelektrode und eine Drainelektrode auf der Schicht des organischen Halbeiters abgeschieden.The method according to the invention is particularly suitable for the production of top electrodes of organic field effect transistors. A gate electrode is deposited on a substrate, the gate electrode is insulated with a layer of a gate dielectric, an organic semiconductor layer is deposited on the layer of the gate dielectric, and a source electrode and a drain electrode are deposited on the layer of the with an aqueous solution or suspension of an electrically conductive layer material organic semiconductor deposited.
Besonders bevorzugt wird bei der Herstellung eines organischen Feldeffekttransistors in der Weise vorgegangen, dass auf der Schicht des organischen Halbleiters mit einer wässrigen Lösung oder Suspension eines Polymers eine Maske hergestellt wird, welche einer Drain- und einer Sourceelektrode entsprechende Ausnehmungen aufweist, in denen die Schicht des organischen Halbleiters freiliegt, die Ausnehmungen der Maske mit einer wässrigen Lösung oder Suspension eines elektrisch leitfähigen Schichtmaterials aufgefüllt werden, und das Wasser verdampft wird, so dass eine Source- und eine Drainelektrode erhalten wird.In the production of an organic field effect transistor, it is particularly preferred to proceed in such a way that a mask is produced on the layer of the organic semiconductor with an aqueous solution or suspension of a polymer, which mask has recesses corresponding to a drain and a source electrode, in which the layer of organic semiconductor is exposed, the recesses of the mask are filled with an aqueous solution or suspension of an electrically conductive layer material, and the water is evaporated, so that a source and a drain electrode are obtained.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei niederen Temperatu- ren durchgeführt werden. Es können daher flexible temperaturempfindliche Substrate verwendet werden. Als Substrat dienen vorzugsweise preiswerte, flexible Polymerfolien auf der Basis von Polyethylennaphthalat, Polyethylenterephtha- lat, Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Epoxidharze, Polyimide, Polybenzoxazole, Polyether bzw. deren elektrisch leitfähig beschichtete Varianten, sowie flexible Metallfolien, Glas, Quarz, oder elektrisch leitfähig beschichtete Gläser.The method according to the invention can be carried out at low temperatures. Flexible temperature sensitive substrates can therefore be used. Inexpensive, flexible polymer foils based on polyethylene naphthalate, polyethylene terephthalate, polyethylene, polypropylene, polystyrene, epoxy resins, polyimides, polybenzoxazoles, polyethers or their electrically conductive coated variants, as well as flexible metal foils, glass, quartz, or electrically conductive, are preferably used as the substrate coated glasses.
Als Gatedielektrikum können gängige Materialien verwendet werden, wie Siliziumdioxid oder Aluminiumoxid oder auch organische poly ere, wie Polyacrylate, Polyterphthalte, Polyethylen oder Polystyrol und Polyvinylphenol.Common materials can be used as the gate dielectric, such as silicon dioxide or aluminum oxide, or else organic poly, such as polyacrylates, polyphthalene, polyethylene or polystyrene and polyvinylphenol.
Das erfindungsgemäße Verfahren, das hierbei bevorzugt alsThe method according to the invention, which is preferably used as
Druckprozess ausgeführt wird, kann auch zur Definition einer Gatelage dienen, wodurch die Stückkosten für zwei Lagen je Bauelement reduziert werden, da es sich um den gleichen Prozessschritt handelt.Printing process can also be used to define a gate layer, which reduces the unit cost for two layers per component, since it is the same process step.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine einfache, extrem kostengünstige Methode zum strukturierten Aufbringen von vorzugsweise elektrisch leitfähigem Polymer direkt auf organische Halbleiterschichten bereitgestellt. Dadurch las- sen sich organische Feldeffekttransistoren mit Top-Kontakt- Architektur in hoher Auflösung realisieren, die bisher nicht zugänglich waren. Die Top-Kontakt-Architektur erlaubt die Fertigung von integrierten Schaltungen mit einer höheren Leistungsfähigkeit, wie sie beispielsweise für die Verwen- düng bei RF-ID-Anwendungen gefordert werden. Die Vorteile des Verfahrens liegen im Wesentlichen in den folgenden Punkten.The method according to the invention provides a simple, extremely inexpensive method for the structured application of preferably electrically conductive polymer directly to organic semiconductor layers. As a result, organic field-effect transistors with top-contact architecture can be realized in high resolution that were previously not accessible. The top contact architecture enables the production of integrated circuits with a higher performance, such as those required for use in RF-ID applications. The main advantages of the method are the following points.
Es ist das erste Verfahren zur Herstellung von Transistoren sehr kleiner Strukturbreite unter Verwendung einer Top- Kontakt-Architektur mit vorzugsweise niedermolekularen Halbleitern, wie Pentazen, Tetrazen und Oligothiophenen.It is the first method for producing transistors with a very small structure width using a top-contact architecture with preferably low-molecular semiconductors, such as pentazene, tetrazene and oligothiophenes.
Es handelt sich um ein einfaches Verfahren mit einem ausge- reiften praxiserprobten Lithogra ieschritt hoher Auflösung, wodurch Strukturen unterhalb 10 μm zugänglich werden.It is a simple process with a sophisticated, tried-and-tested lithography step with high resolution, making structures below 10 μm accessible.
Das Verfahren ist auf Hochvolumenprozesse übertragbar, beispielsweise auf ein Druckverfahren, so dass in diesem Fall kein Lithografieschritt mehr notwendig ist. Die Auflösung bei einem Druckverfahren beträgt ca. 50 μm und ist daher insbesondere für Anwendungen von Interesse, bei denen es auf die Herstellung hoher Stückzahlen bei begrenzter Integrationsdichte der erzeugten elektronischen Schaltkreise ankommt.The process can be transferred to high-volume processes, for example to a printing process, so that in this case no lithography step is necessary. The resolution in a printing process is approximately 50 μm and is therefore of particular interest for applications in which it is important to produce large quantities with a limited integration density of the electronic circuits produced.
Alle verwendeten Verbindungen und Formulierungen sind kommerziell erhältlich bzw. einfach herzustellen. Dadurch fallen nur niedrige Vorbereitungs- und Präparationskosten an.All of the compounds and formulations used are commercially available or easy to prepare. As a result, only low preparation and preparation costs are incurred.
Es handelt sich bei dem Verfahren um einen Niedertemperatur- prozess, der daher für flexible temperaturempfindliche Substrate geeignet ist.The process is a low temperature process and is therefore suitable for flexible temperature sensitive substrates.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens liegt darin begründet, dass die Erzeugung der Kontaktstrukturen auch ohne Anwendung traditioneller kostenintensiver und apparatetechnisch aufwändiger fotolithografischer Prozesse erfolgen kann.Another advantage of the method lies in the fact that the contact structures can also be produced without the use of traditional, cost-intensive and technologically complex photolithographic processes.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Fi- guren sowie anhand von Beispielen näher erläutert. Die Figuren zeigen im einzelnen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einzelner Arbeitsschritte, die bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines organischen Feldeffekttransistors mit Top-Kontakt-Architektur durchlaufen werden;The invention is explained in more detail with reference to the attached figures and examples. The figures show in detail: Figure 1 is a schematic representation of individual steps that are carried out in the execution of the inventive method for producing an organic field effect transistor with top contact architecture.
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines organischen Feldeffekttransistors, mit Bottom-Kontakt-Architektur, in Fig. 2A gezeigt, mit Top-Kontakt-Architektur, in Fig. 2B gezeigt;FIG. 2 shows a schematic illustration of an organic field effect transistor, with bottom contact architecture, shown in FIG. 2A, with top contact architecture, shown in FIG. 2B;
Fig. 3 eine Grafik, in welcher die Abhängigkeit der Filmdicke von der Rotationsgeschwindigkeit beim Spin- Coating dargestellt ist;3 shows a graph in which the dependence of the film thickness on the rotational speed in the spin coating is shown;
Fig. 4 eine Grafik, in welcher elektrische Charakteristika eines organischen Feldeffekttransistors mit Top- Kontakt-Architektur auf Pentazen-Basis wiedergegeben sind.Fig. 4 is a graph in which electrical characteristics of an organic field effect transistor with top contact architecture based on pentacene are shown.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einzelner Schritte, die bei der Herstellung eines organischen Feldeffekttransistors mit Top-Kontakt-Architektur bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens durchlaufen werden. Gezeigt ist jeweils eine seitliche Ansicht auf einen Schnitt durch den Schichtaufbau. Zunächst wird auf einem Substrat 4, beispielsweise eine Polymerfolie, Gateelektrode 3 definiert. Die Gateelektrode 3 kann beispielsweise aus Aluminium bestehen und durch eine Drucktechnik auf das Substrat 4 aufge- bracht werden. Die Gateelektrode 3 wird anschließend mit einer Schicht aus einem Dielektrikum 2 abgedeckt und damit isoliert. Als Dielektrikum kann ein geeignetes organisches Polymer verwendet werden. Auf dem Dielektrikum 2 wird schließlich eine organische Halbleiterschicht 1 abgeschie- den. Die Halbleiterschicht kann beispielsweise aus Pentazen bestehen, das durch Sublimation abgeschieden wird. Man erhält den in Fig. 1A dargestellten Aufbau. Im nachfolgenden, in Fig. 1B gezeigten Schritt, wird die organische Halbleiterschicht 1 mit einem Fotolack 5 gleichmäßig beschichtet. Der Fotolack wird dabei als wässrige Lö- sung oder Suspension eingesetzt. Diese Lösung oder Suspension kann mit üblichen Verfahren als dünne Schicht aufgebracht werden, beispielsweise durch Aufschleudern oder Aufsprühen. Anschließend wird der in Fig. 1B dargestellte Aufbau kurz erwärmt, beispielsweise auf eine Temperatur von 60 °C, um das Wasser zu verdampfen und einen gleichmäßigen Film des Fotolacks zu erhalten.1 shows a schematic representation of individual steps which are carried out in the production of an organic field effect transistor with top contact architecture when the method according to the invention is carried out. A side view of a section through the layer structure is shown in each case. First, gate electrode 3 is defined on a substrate 4, for example a polymer film. The gate electrode 3 can be made of aluminum, for example, and can be applied to the substrate 4 by a printing technique. The gate electrode 3 is then covered with a layer of a dielectric 2 and thus insulated. A suitable organic polymer can be used as the dielectric. Finally, an organic semiconductor layer 1 is deposited on the dielectric 2. The semiconductor layer can consist, for example, of pentazene, which is deposited by sublimation. The structure shown in Fig. 1A is obtained. In the subsequent step shown in FIG. 1B, the organic semiconductor layer 1 is coated uniformly with a photoresist 5. The photoresist is used as an aqueous solution or suspension. This solution or suspension can be applied as a thin layer using conventional methods, for example by spinning or spraying. The structure shown in FIG. 1B is then briefly heated, for example to a temperature of 60 ° C., in order to evaporate the water and to obtain a uniform film of the photoresist.
Der Fotolack 5 wird nun, wie in Fig. IC gezeigt, mittels einer strukturierten Maske 6 belichtet, so dass belichtete Fotolackbereiche 7 und unbelichtete Fotolackbereiche 8 erhalten werden, deren Anordnung einem Negativbild der zu erzeugenden Struktur entspricht. Die belichteten Fotolackbereiche 8 werden durch die Belichtung fotochemisch vernetzt und dadurch in einer Entwicklerlösung unlöslich.The photoresist 5 is now exposed, as shown in FIG. IC, by means of a structured mask 6, so that exposed photoresist regions 7 and unexposed photoresist regions 8 are obtained, the arrangement of which corresponds to a negative image of the structure to be produced. The exposed photoresist regions 8 are photochemically crosslinked by the exposure and are therefore insoluble in a developer solution.
Nach dem Entfernen der unbelichteten Fotolackbereiche 8 durch Auswaschen mit einer Entwicklerlösung, bleiben, wie in Fig. 1D gezeigt, lediglich die belichteten Fotolackbereiche 7 auf der organischen Halbleiterschicht erhalten. Zwischen den Fotolackbereichen 7 sind Gräben ausgebildet, in denen die organische Halbleiterschicht 1 jeweils freiliegt. Man erhält also eine Negativmaske der darzustellenden Struktur.After removal of the unexposed photoresist regions 8 by washing out with a developer solution, only the exposed photoresist regions 7 remain on the organic semiconductor layer, as shown in FIG. 1D. Trenches are formed between the photoresist regions 7, in which the organic semiconductor layer 1 is exposed in each case. A negative mask of the structure to be displayed is thus obtained.
Auf die Negativmaske wird im nächsten Arbeitsschritt eine Lösung oder Suspension 9 gegeben, welche ein leitfähigesIn the next step, a solution or suspension 9, which is a conductive one, is placed on the negative mask
Polymer als Schichtverbindung enthält. Dazu kann die Lösung bzw. Suspension 9 beispielsweise aufgesprüht werden. Wie in Fig. 1E gezeigt, kann die Lösung bzw. Suspension 9 im Über- schuss eingesetzt werden, sodass auch die Fotolackbereiche 7 auf ihrer Oberseite bedeckt sind. Die überschüssigen Anteile 10 der Polymerlösung werden anschließend, wie in Fig. 1F gezeigt, mit Hilfe einer Rakelvorrichtung 20 entfernt, so dass nur die Anteile 11 der Polymerlösung zwischen den belichteten Photolackbereichen 7 verbleiben, welche später die leitenden Strukturen ausbilden.Contains polymer as a layer connection. For this purpose, the solution or suspension 9 can be sprayed on, for example. As shown in FIG. 1E, the solution or suspension 9 can be used in excess, so that the photoresist regions 7 are also covered on their upper side. The excess portions 10 of the polymer solution are then, as shown in FIG. 1F, removed with the aid of a doctor device 20, so that only the portions 11 of the polymer solution remain between the exposed photoresist regions 7, which later form the conductive structures.
Abschließend wird das Wasser aus den in den Gräben der Negativmaske verbliebenen Anteilen 11 der Polymerlösung in einem Trocknungsschritt entfernt, wobei, wie in Fig. IG gezeigt, die endgültige elektrisch leitende Struktur 12 erhalten wird, welche den Drain- bzw. den Sourcekontakt des Transistors bildet.Finally, the water is removed from the portions 11 of the polymer solution remaining in the trenches of the negative mask in a drying step, whereby, as shown in FIG. IG, the final electrically conductive structure 12 is obtained, which forms the drain and the source contact of the transistor ,
Fig. 2 zeigt in einer schematischen Gegenüberstellung Aufbau und Funktionsweise verschiedener organischer Feldeffekttransistoren.2 shows a schematic comparison of the structure and mode of operation of various organic field effect transistors.
Bei der in Fig. 2A gezeigten Bottom-Kontakt-Architektur be- finden sich Sourcekontakt 15 und Drainkontakt 14 unterhalb der organischen Halbleiterschicht 13. Auf einer Gateelektrode 19 ist eine Schicht eines Dielektrikums 18 angeordnet, durch welches die Gateelektrode elektrisch isoliert wird. Auf der Schicht des Dielektrikums 18 sind voneinander elekt- risch isolierte Source- und Drainkontakte 15, 14 angeordnet. Source- und Drainkontakte 15, 14 sowie die zwischen Source- und Drainkontakt 15, 14 freiliegenden Bereiche des Dielektrikums 18 sind von einer Schicht aus einem organischem Halbleiter 13 bedeckt. Unter dem Einfluss des Feldes der Gateelektrode 19 bildet sich in der organischen Halbleiterschicht zwischen Source- und Drainkontakt 15, 14 ein Leitungskanal 16 aus, durch welchen bei Anlegen einer Spannung zwischen den Source- und Drainkontakten 15, 14 Ladungsträger 17 fließen können. Die Kontaktfläche zwischen Source- bzw. Drainkontakt 15, 14 und der organischen Halbleiterschicht 13, durch welche Ladungsträger vom Sourcekontakt 15 in den Leitungskanal 16 injiziert bzw. vom Leitungskanal 16 in den Drainkontakt 14 extrahiert werden können, ist dabei nur gering ausgebildet, weshalb nur vergleichsweise kleine Ströme durch den Leitungskanal 16 fließen können.In the bottom contact architecture shown in FIG. 2A, the source contact 15 and drain contact 14 are located below the organic semiconductor layer 13. A layer of a dielectric 18 is arranged on a gate electrode 19, by means of which the gate electrode is electrically insulated. Source and drain contacts 15, 14, which are electrically insulated from one another, are arranged on the layer of the dielectric 18. Source and drain contacts 15, 14 and the regions of the dielectric 18 that are exposed between the source and drain contacts 15, 14 are covered by a layer of an organic semiconductor 13. Under the influence of the field of the gate electrode 19, a conduction channel 16 is formed in the organic semiconductor layer between the source and drain contacts 15, 14, through which charge carriers 17 can flow when a voltage is applied between the source and drain contacts 15, 14. The contact area between the source or drain contact 15, 14 and the organic semiconductor layer 13, through which charge carriers are injected from the source contact 15 into the line channel 16 or from the line channel 16 into the Drain contact 14 can be extracted, is formed only slightly, which is why only comparatively small currents can flow through the conduit 16.
Demgegenüber sind, wie in Fig. 2B gezeigt, bei der Top-In contrast, as shown in FIG. 2B, the top
Kontakt-Ärchitekur Source- und Drainkontakte 15, 14 auf der organischen Halbleiterschicht 13 angeordnet. Auf der Gateelektrode 19 ist zunächst wieder eine Schicht aus einem Dielektrikum 18 angeordnet, durch welches die Gateelektrode 19 elektrisch isoliert wird. Auf der Schicht des Dielektrikums 18 ist nun jedoch direkt die organische Halbleiterschicht 13 angeordnet. Auf der organischen Halbleiterschicht 13 sind schließlich, elektrisch voneinander isoliert, Source- und Drainkontakt 15, 14 angeordnet. Durch das Feld der Gatee- lektrode 19 werden nun wesentlich größere Bereiche der organischen Halbleiterschicht 13 erfasst, sodass sich zwischen den Source- und Drainkontakten 15, 14 ein sehr breiter Leitungskanal 16 innerhalb der organischen Halbleiterschicht 13 ausbildet. Insbesondere kann sich eine große Kontaktfläche zwischen Source-/Drainkontakten 15, 16 und der organischen Halbleiterschicht 13 ausbilden, durch welche Ladungsträger 17 in den Leitungskanal 16 ein- bzw. aus diesem austreten können. Diese Durchtrittsfläche ist im Vergleich zur Bottom- Kontakt-Architektur, siehe Fig. 2A, wesentlich erhöht. Da- durch passieren eine größere Anzahl von Ladungsträgern 17 den Leitungskanal, d.h. es fließt ein größerer Strom.Contact architecture source and drain contacts 15, 14 arranged on the organic semiconductor layer 13. A layer of a dielectric 18 is initially arranged on the gate electrode 19 again, by means of which the gate electrode 19 is electrically insulated. However, the organic semiconductor layer 13 is now arranged directly on the layer of the dielectric 18. Finally, source and drain contacts 15, 14 are arranged on the organic semiconductor layer 13, electrically insulated from one another. Substantially larger areas of the organic semiconductor layer 13 are now detected by the field of the gate electrode 19, so that a very wide conduction channel 16 is formed within the organic semiconductor layer 13 between the source and drain contacts 15, 14. In particular, a large contact area can form between the source / drain contacts 15, 16 and the organic semiconductor layer 13, through which charge carriers 17 can enter or exit the conduit 16. This passage area is significantly increased in comparison to the bottom contact architecture, see FIG. 2A. As a result, a larger number of charge carriers 17 pass through the line channel, i.e. a larger current flows.
Die Leistungsfähigkeit eines organischen Feldeffekttransistors mit einer Top-Kontakt-Architektur wird dadurch im Ver- gleich zu einem auf einer Bottom-Kontakt-Architektur basierenden organischem Feldeffekttransitor deutlich verbessert, da durch die erhöhte Anzahl der pro Zeiteinheit transportierten Ladungsträger, die Ansprechzeiten reduziert und die möglichen Taktraten, welche unmittelbar die Leistungsfähig- keit des elektronischen Schaltkreises bestimmen, ansteigen. Die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand der folgenden Beispiele erläutert.The performance of an organic field effect transistor with a top contact architecture is thereby significantly improved compared to an organic field effect transistor based on a bottom contact architecture, since the increased number of charge carriers transported per unit of time reduces the response times and the possible ones Clock rates, which directly determine the performance of the electronic circuit, increase. The implementation of the method according to the invention is explained using the following examples.
Beispiel 1example 1
Herstellung einer wässrigen fotoaktiven PolymerlösungPreparation of an aqueous photoactive polymer solution
Zunächst werden 5 g Polyvinylalkohol PVA (Aldrich) in 95 g entionisiertem Wasser durch 24-stündiges Schütteln auf einer Rüttelapparatur gelöst. Anschließend wird 1 g Ammoniumdich- romat zugegeben, weitere 2 Stunden geschüttelt und die Lösung durch einen Zellulosefilter (0,4 μm) druckfiltriert.First, 5 g of polyvinyl alcohol PVA (Aldrich) are dissolved in 95 g of deionized water by shaking on a vibrator for 24 hours. 1 g of ammonium dichromate is then added, the mixture is shaken for a further 2 hours and the solution is pressure-filtered through a cellulose filter (0.4 μm).
Beispiel 2Example 2
Fotolithografisches Herstellen der Negativstrukturen der Source-/DrainkontaktePhotolithographic production of the negative structures of the source / drain contacts
Auf eine Halbleiterschicht, welche aus Pentazen, Tetrazen oder Oligothiophen besteht und auf ein Substrat aufgebaut aus Trägersubstrat, Gateelektrode und Gatedielektrikum, mit einer Schichtdicke von 20 - 100 nm aufgedampft wurde, werden 2 ml einer gemäß Beispiel 1 angefertigten PVA-Lösung mit einer Pipette aufgebracht und auf einem Spincoater bei einer Drehzahl zwischen 1000 und 5000 Umdrehungen pro Minute für eine Dauer von 30 s ausgeschleudert. Anschließend wird die Lösung für 2 bis 5 Minuten an Luft getrocknet.2 ml of a PVA solution prepared according to Example 1 are applied with a pipette to a semiconductor layer which consists of pentazen, tetrazene or oligothiophene and which has been vapor-deposited on a substrate composed of carrier substrate, gate electrode and gate dielectric and has a layer thickness of 20-100 nm and spun on a spin coater at a speed between 1000 and 5000 revolutions per minute for a period of 30 s. The solution is then dried in air for 2 to 5 minutes.
In Fig. 3 ist die Abhängigkeit der Filmdicke des durch Spin- Coating aufgebrachten Films in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit gezeigt. Hierzu wurden drei Messungen bei 1500, 3000 und 5000 Umdrehungen pro Minute durchgeführt und die erhaltenen Messpunkte durch eine Regressionskurve miteinander verbunden. Dabei ist deutlich die starke Abnahme der Filmdicke mit steigender Rotationsgeschwindigkeit zu erkennen. Die Verdünnung ist eine Folge der mit steigender Rotationsgeschwindigkeit zunehmenden Zentrifugalkraft, der nur die weitgehend konstante Adhäsionskraft entgegenwirkt.3 shows the dependence of the film thickness of the film applied by spin coating as a function of the rotational speed. For this purpose, three measurements were carried out at 1500, 3000 and 5000 revolutions per minute and the measurement points obtained were connected to one another by a regression curve. The sharp decrease in film thickness with increasing rotational speed can clearly be seen. The dilution is a consequence of the increasing Rotational speed increasing centrifugal force, which only counteracts the largely constant adhesive force.
Im nächsten Schritt wird das so präparierte Substrat in ei- nen Belichter eingespannt und mit einer Hellfeld-Hartmaske, auf welche die entsprechenden Strukturen der Source/Drain- Lage abgebildet sind, justiert, und in Abhängigkeit der Schichtdicke der PVA-Schicht zwischen 15 und 45 s mit einer Dosis von 7 mW/cm2 belichtet. Nach dem Belichten wird die Probe mit entionisiertem Wasser entwickelt und gründlich gewaschen. Abschließend erfolgt die Trocknung mit Hilfe einer Trockenschleuder.In the next step, the substrate prepared in this way is clamped in an imagesetter and adjusted with a brightfield hard mask, on which the corresponding structures of the source / drain layer are mapped, and between 15 and 45 depending on the layer thickness of the PVA layer s exposed to a dose of 7 mW / cm 2 . After exposure, the sample is developed with deionized water and washed thoroughly. Finally, drying takes place with the help of a spin dryer.
Beispiel 3Example 3
Herstellen der Negativstrukturen der Source-Drainkontakte durch DruckenManufacture the negative structures of the source drain contacts by printing
Auf einer gemäß Beispiel 2 gefertigten Halbleiterschicht wird mit Hilfe eines computergesteuerten Mikrodispensers eine nach Beispiel 1 angefertigte PVA-Lösung deponiert. Anschließend wird die Lösung für ca. 5 Minuten getrocknet und mit einer UV-Lampe für 40 s flutbelichtet.A PVA solution prepared according to Example 1 is deposited on a semiconductor layer produced according to Example 2 with the aid of a computer-controlled microdispenser. The solution is then dried for about 5 minutes and flood-exposed with a UV lamp for 40 s.
Beispiel 4Example 4
Herstellen der Source-/Drainkontakte aus organischen leitfähigen Polymeren mittels SpincoatingManufacture of the source / drain contacts from organic conductive polymers by means of spin coating
Auf eine gemäß Beispiel 2 hergestellte Probe, werden 2 ml einer wässrigen Formulierung eines organischen leitfähigen Polymers (z.B. Baytron P®) aufgebracht und auf einem Spincoa- ter bei einer Drehzahl zwischen 1000 und 3000 Umdrehungen pro Minute, für eine Dauer von 30 s ausgeschleudert. Die Probe wird mittels einem Silikonrakel von überstehender Polymerlösung befreit. Anschließend wird die Probe für 20 Mi- nuten in einem Vakuumtrockenschrank bei einer Temperatur von 50 °C und einem Druck von 100 - 400 mbar getrocknet.Sample prepared in an accordance with Example 2, 2 ml applied an aqueous formulation of an organic conductive polymer (such as Baytron P ®) and ejected ter at a speed between 1000 and 3000 revolutions per minute, for a period of 30 s on a Spincoa-. The sample is freed of any excess polymer solution using a silicone doctor blade. The sample is then grooves dried in a vacuum drying cabinet at a temperature of 50 ° C and a pressure of 100 - 400 mbar.
Beispiel 5Example 5
Herstellen der Source-/Drainkontakte aus organischen leitfähigen Polymeren mittels SpincoatingManufacture of the source / drain contacts from organic conductive polymers by means of spin coating
Auf eine gemäß Beispiel 2 hergestellte Probe, werden 2 ml einer wässrigen Formulierung eines organischen leitfähigenOn a sample prepared according to Example 2, 2 ml of an aqueous formulation of an organic conductive
Polymers (z.B. Baytron P®) aufgebracht und auf einem Spincoa- ter bei einer Drehzahl zwischen 1000 und 3000 Umdrehungen pro Minute für eine Dauer von 30 s ausgeschleudert. Die Probe wird mittels einem Silikonrakel von überstehender Poly- merlösung befreit. Anschließend wird die Probe für eine Dauer von 20 Minuten in einem Vakuumtrockenschrank bei einer Temperatur von 50 °C und einem Druck von 100 - 400 mbar getrocknet.Polymers (eg Baytron P ® ) applied and spun on a spin coater at a speed between 1000 and 3000 revolutions per minute for a period of 30 s. Protruding polymer solution is removed from the sample using a silicone squeegee. The sample is then dried for 20 minutes in a vacuum drying cabinet at a temperature of 50 ° C and a pressure of 100 - 400 mbar.
Beispiel 6Example 6
Herstellen der Source-/Drainkontakte aus organischen leitfähigen Polymeren durch DruckenManufacture of the source / drain contacts from organic conductive polymers by printing
Auf eine gemäß Beispiel 3 hergestellte Probe, wird mit Hilfe eines computergesteuerten Mikrodispensers eine Baytron P- Lösung deponiert. Die Deposition erfolgt in die Zwischenräume der Negativstrukturen, wobei die Negativstrukturen ein Zusammenlaufen der Baytron-Tropfen verhindern und somit scharfe Strukturen erhalten werden. Ein Abrakeln der Probe ist in diesem Fall nicht notwendig, da über den computergesteuerten Mikrodispenser ein definiertes Volumen deponiert werden kann. Anschließend wird die Probe für die Dauer von 20 Minuten in einem Vakuumtrockenschrank bei einer Tempera- tur von 50 °C und einem Druck von 100 - 400 mbar getrocknet.A Baytron P solution is deposited on a sample prepared according to Example 3 with the aid of a computer-controlled microdispenser. The deposition takes place in the spaces between the negative structures, the negative structures preventing the Baytron drops from converging and thus maintaining sharp structures. In this case, scraping off the sample is not necessary, since a defined volume can be deposited via the computer-controlled microdispenser. The sample is then dried for 20 minutes in a vacuum drying cabinet at a temperature of 50 ° C and a pressure of 100 - 400 mbar.
Beispiel 7 Elektrische Kenndaten eines organischen Feldeffekttransistors mit Top-Kontakt-ArchitekturExample 7 Electrical characteristics of an organic field effect transistor with top contact architecture
Fig. 4 zeigt die typischen elektrischen Charakteristika eines organischen Feldeffekttransistors mit Top-Kontakt- Architektur auf Pentazen-Basis. Bei den durchgeführten Messungen betrug die Ladungsträgerbeweglichkeit 2.3 cm2/Vs, das Ein/Aus-Verhältnis 105 und die Schwellspannung -3 V. Dabei zeigt Fig. 4A die Ausgangskennlinienschar eines organischen Feldeffekttransistors mit Top-Kontakt-Architektur. Aufgetragen sind 4 Kennlinien, d.h. die Abhängigkeit der Stromstärke am Drain-Kontakt (Drain-Strom, in μA) gegen die angelegte Spannung zwischen Drain- und Sourcekontakt (Drain- Source-Spannung, in V) von der Drain-Source-Spannung. Scharparameter ist die zwischen Gate- und Sourceelektrode angelegte Spannung (Gate-Source-Spannung) mit Werten von -5 V, - 10 V, -15 V und -20 V.Fig. 4 shows the typical electrical characteristics of an organic field effect transistor with top contact architecture based on pentacene. In the measurements carried out, the charge carrier mobility was 2.3 cm 2 / Vs, the on / off ratio 10 5 and the threshold voltage -3 V. FIG. 4A shows the family of output characteristics of an organic field effect transistor with top contact architecture. Four characteristic curves are plotted, ie the dependency of the current strength at the drain contact (drain current, in μA) against the applied voltage between drain and source contact (drain-source voltage, in V) on the drain-source voltage. Share parameter is the voltage applied between the gate and source electrode (gate-source voltage) with values of -5 V, -10 V, -15 V and -20 V.
Es ist eine deutliche Zunahme der Drain-Stromstärke mit steigender Drain-Source-Spannung zu erkennen. Diese Abhängigkeit wächst mit steigender Gate-Source-Spannung. Triebkraft für den Ladungsträgertransport ist die Potentialdifferenz, also die Drain-Source-Spannung. Mit steigender Trieb- kraft, also mit steigender Drain-Source-Spannung nimmt erwartungsgemäß die Drain-Stromstärke zu. Demgegenüber hängt die Anzahl der für den Stromfluss zur Verfügung stehenden Ladungsträger von der anliegenden Gate-Source-Spannung ab. Je höher die Gate-Source-Spannung, desto weniger Ladungsträ- ger stehen zur Verfügung und umgekehrt. Vor diesem Hintergrund erklärt sich die deutlicher werdende Abhängigkeit zwischen Drain-Stromstärke und Drain-Source-Spannung mit ansteigender Gate-Source-Spannung.A clear increase in the drain current with increasing drain-source voltage can be seen. This dependency increases with increasing gate-source voltage. The driving force for charge carrier transport is the potential difference, i.e. the drain-source voltage. With increasing driving force, ie with increasing drain-source voltage, the drain current strength increases as expected. In contrast, the number of charge carriers available for the current flow depends on the applied gate-source voltage. The higher the gate-source voltage, the fewer charge carriers are available and vice versa. Against this background, the increasingly clear dependence between drain current and drain-source voltage can be explained with increasing gate-source voltage.
In Fig. 4A ist die Abhängigkeit des Drain-Stromes von der4A shows the dependence of the drain current on the
Gate-Source-Spannung bei einer Drain-Source-Spannung von -20 V gezeigt. Deutlich ist die Abnahme des Drain-Stromes bei steigender Gate-Source Spannung zu erkennen. Trägt man die Wurzel des Drain-Strom-Wertes gegen die Gate-Source-Spannung auf, so erhält man insbesondere bei sehr niedrigen Gate- Source-Spannungswerten die von der Theorie geforderte linea- re Abhängigkeit. Gate-source voltage shown at a drain-source voltage of -20 V. The decrease in the drain current is clear at increasing gate-source voltage. If the root of the drain current value is plotted against the gate-source voltage, the linear dependency required by the theory is obtained in particular at very low gate-source voltage values.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Herstellen von Schichten aus einem Schichtmaterial auf organischen Halbleiterschichten, mit den Schritten:1. A method for producing layers from a layer material on organic semiconductor layers, comprising the steps:
Bereitstellen einer organischen Halbleiterschicht, Aufbringen einer Lösung oder einer Suspension eines Schichtmaterials in einem wässrigen Lösungsmittel auf die organi- sehe Halbleiterschicht,Providing an organic semiconductor layer, applying a solution or a suspension of a layer material in an aqueous solvent to the organic semiconductor layer,
Entfernen des wässrigen Lösungsmittels, sodass auf der organischen Halbleiterschicht eine Schicht aus dem Schichtmate- , rial erhalten wird.Removal of the aqueous solvent, so that a layer of the layer material is obtained on the organic semiconductor layer.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das wässrige Lösungsmittel der Lösung oder der Suspension Wasser ist.2. The method of claim 1, wherein the aqueous solvent of the solution or suspension is water.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die wässrige Lösung oder Suspension des Schichtmaterials einen im Wesentlichen neutralen pH aufweist.3. The method according to claim 2, wherein the aqueous solution or suspension of the layer material has a substantially neutral pH.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lösung oder die Suspension des Schichtmaterials abschnittsweise auf die organische Halbleiterschicht aufge- bracht wird.4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the solution or the suspension of the layer material is applied in sections to the organic semiconductor layer.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lösung oder die Suspension des Schichtmaterials durch eine Drucktechnik auf die organische Halbleiterschicht auf- gebracht wird.5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the solution or the suspension of the layer material is applied to the organic semiconductor layer by a printing technique.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf der organischen Halbleiterschicht eine Maske mit erhabenen Abschnitten und zwischen den erhabenen Abschnitten ange- ordneten Gräben aufgebracht wird und die Lösung oder die Suspension des Schichtmaterials in die Gräben eingefüllt wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein a mask having raised sections and trenches arranged between the raised sections is applied to the organic semiconductor layer and the solution or suspension of the layer material is filled into the trenches.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Maske erzeugt wird, indem eine Lösung oder Suspension eines Polymers in dem wässrigen Lösungsmittel auf der Schicht aus dem organischen Halbleitermaterial abgeschieden wird, das wässrige Lösungsmittel verdampft wird, sodass ein Polymerfilm erhalten wird, das Polymer zumindest abschnittsweise in eine unlösliche Form überführt wird, und löslichen Abschnitte des Polymer- films mit einem wässrigen Lösungsmittel abgelöst werden.7. The method of claim 6, wherein the mask is produced by depositing a solution or suspension of a polymer in the aqueous solvent on the layer of the organic semiconductor material, the aqueous solvent is evaporated so that a polymer film is obtained, the polymer at least in sections is converted into an insoluble form, and soluble sections of the polymer film are detached with an aqueous solvent.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Polymerfilm fotoaktiv ausgebildet ist, und die unlöslichen Abschnitte des Polymerfilms erhalten werden, indem der Polymerfilm abschnittsweise belichtet wird.8. The method of claim 7, wherein the polymer film is photoactive, and the insoluble portions of the polymer film are obtained by exposing the polymer film in sections.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schichtmaterial eine elektrisch leitfähige organische Verbindung ist.9. The method according to any one of the preceding claims, wherein the layer material is an electrically conductive organic compound.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wasser bei einer Temperatur von weniger als 80 °C abgedampft wird.10. The method according to any one of the preceding claims, wherein the water is evaporated at a temperature of less than 80 ° C.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wasser bei vermindertem Druck abgedampft wird.11. The method according to any one of the preceding claims, wherein the water is evaporated under reduced pressure.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die organische Halbleiterschicht aus einem Halbleiter aufgebaut ist, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die gebildet ist aus Pentazen, Tetrazen und α-Oligothiophen.12. The method according to any one of the preceding claims, wherein the organic semiconductor layer is composed of a semiconductor which is selected from the group which is formed from pentazene, tetrazene and α-oligothiophene.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf einem Substrat ein Gateelektrode abgeschieden wird, die Gateelektrode mit einer Schicht eines Gatedielektrikums isoliert wird, auf der Schicht des Gatedielektrikums eine organischen Halbleiterschicht abgeschieden wird, und mit einer wässrigen Lösung oder Suspension eines elektrisch leitfähigen Schichtmaterials eine Sourceelektrode und eine Drainelektrode auf der Schicht des organischen Halbleiters abgeschieden wird.13. The method according to any one of the preceding claims, wherein a gate electrode is deposited on a substrate, the gate electrode is insulated with a layer of a gate dielectric, an organic semiconductor layer is deposited on the layer of the gate dielectric, and with an aqueous solution or suspension of an electrically conductive layer material, a source electrode and a drain electrode are deposited on the layer of the organic semiconductor.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei auf der Schicht des organischen Halbleiters mit einer wässrigen Lösung oder Suspension eines Polymers eine Maske hergestellt wird, welche einer Drain- und einer Sourceelektrode entsprechende Ausnehmungen aufweist, in denen die Schicht des organischen Halbleiters freiliegt, die Ausnehmungen der Maske mit einer wässrigen Lösung oder Suspension eines elektrisch leitfähigen Schichtmaterials aufgefüllt werden, und das Wasser verdampft wird, so dass eine Source- und eine Drainelektrode erhalten wird. 14. The method according to claim 13, wherein a mask is produced on the layer of the organic semiconductor with an aqueous solution or suspension of a polymer, which has recesses corresponding to a drain and a source electrode, in which the layer of the organic semiconductor is exposed, the recesses Mask are filled with an aqueous solution or suspension of an electrically conductive layer material, and the water is evaporated so that a source and a drain electrode is obtained.
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